基于保實分數(shù)離散余弦變換和混沌的圖像加密.pdf

1、信息化的浪潮下,互聯(lián)網(wǎng)技術的飛速發(fā)展雖然為人們帶來了極大便利,但也帶來了不容忽視的安全隱患問題。圖像因其生動直觀的特點,成為目前表達信息的一個重要手段,同時也是人們最愿接受和使用的一種表達方式。因此,如何保證圖像信息在網(wǎng)絡中的安全交互,防止非法接收者對圖像的惡意破壞,成為研究的熱點。圖像加密技術能夠有效地將有意義的明文圖像轉換成無法識別且雜亂無章的密文圖像,從而達到保護圖像信息安全性的目的。分數(shù)階變換因具有分數(shù)階敏感性被引入到圖像加密領

2、域,目前,已提出一系列基于分數(shù)階變換的數(shù)字圖像加密算法。然而,大部分基于分數(shù)階變換的圖像加密系統(tǒng)的輸出都是復值圖像,即同時包含了振幅信息和相位信息,非常不利于圖像的顯示、傳輸和存儲。除此之外,分數(shù)階的敏感性較弱,同時分數(shù)階的周期性也限制了加密系統(tǒng)的密鑰空間。為了解決這一問題,本文將保實分數(shù)離散余弦變換引入圖像加密領域。作為一種保實變換,保實分數(shù)離散余弦變換保證了實值輸入、實值輸出。同時,引入新的參數(shù)——產(chǎn)生序列(Generating S

3、equence,GS)當作密鑰使用,擴大了加密算法的密鑰空間,從而提高了算法的安全性。本文具體研究工作概況如下:
　　1、提出了基于保實分數(shù)離散余弦變換的圖像加密算法。該加密算法的重要意義是充分利用了保實分數(shù)離散余弦變換的保實性與去相關性,即加密后的圖像是實值的,而且足夠混亂,相鄰像素的相關性較低。加密過程中,對于引入的GS序列,使用2D Logistic映射控制產(chǎn)生,這樣,混沌映射的初值和系統(tǒng)參數(shù)高度敏感性提供了高安全性。計算機

4、仿真結果表明,該加密算法能夠有效地實現(xiàn)圖像的加密和解密,雖然分數(shù)階的敏感度不高,但混沌映射的密鑰空間就足以滿足加密系統(tǒng)的安全性要求,而且該加密算法具有良好的魯棒性。
　　2、提出了基于YCbCr顏色空間和保實分數(shù)離散余弦變換的單通道彩色圖像加密算法。彩圖圖像在YCbCr空間,相對于其他兩個分量,人眼對Y分量較敏感。結合頻譜切割技術,按比例對三個分量的離散余弦譜進行切割,并拼接成一個分量,然后對其實施保實分數(shù)離散余弦變換。為了克服加

5、密系統(tǒng)的線性性質(zhì)帶來的安全隱患,增加加密系統(tǒng)的破譯難度,引入混沌置亂,實現(xiàn)圖像的雙重加密。加密系統(tǒng)的輸出結果不再是彩色圖像,而是一幅灰度圖像。數(shù)值仿真結果表明該加密算法能夠有效地實現(xiàn)彩色圖像的單通道加密,同時具有較強的抗攻擊能力,密鑰靈敏度高。除此之外,該加密算法還可以實現(xiàn)三幅灰度圖像的加密。
　　3、提出了基于保實分數(shù)離散余弦變換和置亂的三彩色圖像加密算法。在加密過程中,首先將三幅RGB彩色圖像轉換成索引圖像,將三幅索引圖像作為